《DHT12温湿度传感器STM32驱动-IIC》
温湿度传感器采用AOSONG的DHT12温湿度传感器；该传感器兼容单总线和标准的IIC通信协议，在本文中将叙述IIC通信协议获取温湿度数据，通过STM32的普通GPIO模拟IIC协议驱动DHT12；
以下将从IIC协议到DHT12驱动逐步进行详细介绍，并附有iic.c、iic.h、dht12.c、dht12.h源代码
IIC协议(Inter-integrated circuit) interface：
IIC（集成电路总线）简化了信号传输总线接口，是由PHILIPS公司设计的一种双向、二进制、同步串行总线，主要是用来连接整体电路，IIC是一种多向控制总线——多个设备可以连接到同一个总线结构下，同时设备都可以作为实时数据传输的控制源。
1. 基本参数&术语
1) 发送器：发送数据到总线的器件；
2) 接收器：从总线接收数据的器件；
3) 主机：发起/停止数据传输、提供时钟信号的器件；
4) 从机：被主机寻址的器件；
5) 多主机：可以由多个主机试图去控制总线，但是不会被破坏；
6) 仲裁：当多个主机试图去控制总线时，通过仲裁可以使得只有一个主机获得总线控制权，并且它传输的信息不被破坏；
7) 同步：多个器件同步时钟信号的过程；
2. IIC协议
1) IIC数据传送的位数必须是8bit，总线能挂载设备的总数由总线最大电容400pF限制，但不超过7bit寻址设备数27=128个；
2) 硬件设计时SDA、SCL都需要上拉电阻上拉，在没有主机控制时默认为高；
3) IIC数据从高位开始传输（MSB）；
4) 开始信号（S）：SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开始传送数据；
5) 结束信号（P）：SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据；
6) 应答信号（ACK）：发送器发完8bit数据后就不再驱动总线了（SDA引脚变为输入），此时SDA总线为高；接收器在接收到8位数据后，在第9个时钟周期，拉低SDA电平；
7) 数据传送接收：SDA上传输的数据必须在SCL为高电平期间保持稳定，由此接收器在SCL为高时接收SDL的数据就不会产生紊乱；SDL上的数据只能在SCL为低电平期间翻转变化；
8) 数据寻址传输格式:首先发送7bit从设备地址和1bitwrite/read标志位，收到应答后发送8bit数据；
9) 如果从机要完成一些功能后（例如一个内部终端服务程序）才能继续接受或发送下一个字节，从机可以拉低SCL迫使主机进入等待状态。当从机准备好接收下一个数据并释放SCL后，数据传输继续。如果主机在传输数据器件也需要完成一些其他功能（例如一个内部终端服务程序）也可以拉低SCL以占总线；
10) NO ACK处理机制
a) 当从机不能相应从机地址时（例如它忙于其他事而无法相应IIC总线的操作，或这个地址没有对应的主机），在第9个SCL周期内SDA线没有被拉低，即没有ACK信号。这时，主机发出一个P信号终止传输或者重新发出有个S信号开始新的传输；
b) 如果从机接收器在传输过程中不能接收更多的数据时，它也不会发出Ack信号。这样，主机就可以意识到这点，从而发出一个P信号终止传输或者发出一个新的S信号开始新的传输。
c) 主机接收器在接收到最后一个字节后，也不会发出ACK信号。于是，从机发送器释放SDA线，允许主机发出P信号结束传输；
3. 引脚
1) SDA：双向数据线；所有接到IIC总线设备的SDA都接到总线SDA；
2) SCL：时钟信号线；所有接到IIC总线设备的SCL都接到总线SCL；
iic.c源文件
//File Name: iic.c
#include "iic.h"
#include "delay.h"
//SDA:PA1
void SDA_IN()
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE );
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU ; //上拉输入
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
}
//SDA:PA1
void SDA_OUT()
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE );
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP ; //开漏输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
}
//初始化IICSDA：PA1SCL: PA4
void IIC_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE );
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_4;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP ; //开漏输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
IIC_SCL=1;//高电平
IIC_SDA=1;
}
//产生IIC起始信号
void IIC_Start(void)
{
SDA_OUT(); //SDA线设为输出；
IIC_SDA=1; //SDA输出高电平；
IIC_SCL=1;//SCL输出高电平；
delay_us(4);
IIC_SDA=0;//开始信号:当SCL为高,SDA由高变低；
delay_us(4);
IIC_SCL=0;//钳住I2C总线，准备发送或接收数据
delay_us(4);
}
//产生IIC停止信号
//当SCL为hight时，SDA从low变hight
void IIC_Stop(void)
{
SDA_OUT();
IIC_SCL=0;
IIC_SDA=0;
delay_us(4);
IIC_SCL=1;
delay_us(4);
IIC_SDA=1;//发送I2C总线结束信号
delay_us(4);
}
//等待应答信号到来
//返回值：1，接收应答失败
// 0，接收应答成功
uint8_t IIC_Wait_Ack(void)
{
uint8_t ucErrTime=0;
SDA_IN(); //SDA设置为输入
delay_us(4);
IIC_SCL=1;
delay_us(4);
while(READ_SDA)
{
ucErrTime++;
if(ucErrTime>250)
{
IIC_Stop();
return 1;
}
delay_us(1);
}
IIC_SCL=0;//时钟输出0
delay_us(50);
return 0;
}
//产生ACK应答
void IIC_Ack(void)
{
IIC_SCL=0;
SDA_OUT();
IIC_SDA=0;
delay_us(5);
IIC_SCL=1;
delay_us(5);
IIC_SCL=0;
}
//不产生ACK应答
void IIC_NAck(void)
{
IIC_SCL=0;
SDA_OUT();
IIC_SDA=1;
delay_us(5);
IIC_SCL=1;
delay_us(5);
IIC_SCL=0;
}
//IIC发送一个字节
//返回从机有无应答
//1，有应答
//0，无应答
void IIC_Send_Byte(uint8_t txd)
{
uint8_t t;
SDA_OUT();
IIC_SCL=0;//拉低时钟开始数据传输
for(t=0;t<8;t++)
{
IIC_SDA=(txd&0x80)>>7;
txd<<=1;
delay_us(2); //对TEA5767这三个延时都是必须的
IIC_SCL=1;
delay_us(2);
IIC_SCL=0;
delay_us(2);
}
}
//读1个字节，ack=1时，发送ACK，ack=0，发送nACK
uint8_t IIC_Read_Byte(unsigned char ack)
{
unsigned char i,receive=0;
SDA_IN();//SDA设置为输入
for(i=0;i<8;i++ )
{
IIC_SCL=0;
delay_us(50);
IIC_SCL=1;
delay_us(50);
receive<<=1;
if(READ_SDA)
receive++;
}
if (!ack)
IIC_NAck();//发送nACK
else
IIC_Ack(); //发送ACK
return receive;
}
iic.h源文件
#ifndef __IIC_H
#define __IIC_H
#include "sys.h"
//IO操作函数
#define IIC_SCL PAout(4) //SCL
#define IIC_SDA PAout(1) //SDA
#define READ_SDA PAin(1) //输入SDA
void SDA_IN(void);
void SDA_OUT(void);
//IIC所有操作函数
void IIC_Init(void); //初始化IIC的IO口
void IIC_Start(void);//发送IIC开始信号
void IIC_Stop(void); //发送IIC停止信号
void IIC_Send_Byte(uint8_t txd);//IIC发送一个字节
uint8_t IIC_Read_Byte(unsigned char ack);//IIC读取一个字节
uint8_t IIC_Wait_Ack(void); //IIC等待ACK信号
void IIC_Ack(void);//IIC发送ACK信号
void IIC_NAck(void);//IIC不发送ACK信号
#endif
DHT12硬件连接
DHT12的SDA和SCL直接与STM32的普通IO连接。同时，SCL、SDA均需通过1K—10K的电阻上拉；DHT12支持的电源范围为2.7V – 5.5V，直接连5V或3.3V均可。安装在电路板上尽可能将传感器原理电子元件，并安装在热源下方，同时保持外壳的良好通风。进行手动焊接时，最高300℃条件下接触时间少于5s；
DHT12数据获取协议分析
1) IIC的地址为0xB8(DEV SEL)；IIC的通信速率不能高于400KHz，对SDA和SCL所连总线的IO进行初始化时，IO的速率设置为2MHz；
BYTE ADDR |
R/W |
Desc. |
Note |
0x00 |
R |
湿度整数位 |
相对湿度值 |
0x01 |
R |
湿度小数位 |
|
0x02 |
R |
温度整数位 |
温度值 |
0x03 |
R |
温度小数位 |
|
0x04 |
R |
|
校验和 |
2) 每次读取传感器间隔大于2s即可获得准确的数据；
3) 输出的40位数据中，温度的小数位的第8Bit为1则表示采样得出的温度为负值；
DHT12驱动代码
#include "dht12.h"
#include "delay.h"
uint8_t dat[5];//接收数据
static uint8_t check;//用于保存数据校验的结果
//初始化IIC接口
void DHT12_Init(void)
{
IIC_Init();
}
void DHT12_ReadByte()
{
uint8_t i;
IC_Start( ); //主机发送总线开始信号；
IIC_Send_Byte(0xB8);
IIC_Wait_Ack( );
IIC_Send_Byte(0x00);
IIC_Wait_Ack( );
IIC_Start( );//进入接收模式,接收0xB8的数据
IIC_Send_Byte(0xB9);
IIC_Wait_Ack( );
for(i=0;i<4;i++)
{
dat[i]=IIC_Read_Byte(1);//读前四个，发送ACK
}
dat[i]=IIC_Read_Byte(0);//读第5个发送NACK
IIC_Stop();//产生一个停止条件
}
//温湿度诗句读取校验，成功返回 TURE，错误返回 FALSE
void Data_Check()
{
DHT12_ReadByte();
if(dat[4] == (dat[0]+dat[1]+dat[2]+dat[3]))
check = 0xff;//读取成功
else
check = 0;//读取失败
}
//读取湿度值
uint16_t Humid_Read( )
{
uint16_t V_Humid;
Data_Check( );
if(check)
{
V_Humid = ((dat[0]*10+dat[1])-200);//湿度的取值范围为20%-95%，取增量为-20，相对值范围为0-750
//计算的结果是相对值 V_Humid =(整数位+小数位)/分辨率+增量；
return V_Humid;
}
else
return 0;
}
//读取温度值；
uint16_t Temper_Read( )
{
uint16_t V_Temper;
if(check)
{
if(dat[3]&0x80)
V_Temper = (200-(dat[2]*10+(dat[3]&0x7F)));//温度为负数，温度取值范围是-20—60，增量为200；
else
V_Temper = (200+(dat[2]*10+(dat[3]&0x7F)));//温度为正数；
check = 0;
return V_Temper;
}
else
return 0;
}
dht12.h源文件
#ifndef __DHT12_H
#define __DHT12_H
#include "iic.h"
#include "stm32f10x.h"
extern uint8_t Humid[3];
extern uint8_t Temper[4];//第一位是正负号
typedef enum
{
FALSE=0,
TURE
}bool;
void DHT12_Init(void); //初始化IIC
//读取温湿度并转换为字符串 0失败 1成功
uint16_t Humid_Read(void);
uint16_t Temper_Read(void);
#endif